交流発電機の原理 交流発電機が回転し続けるために加える外力の仕事率が抵抗での消費電力と保存するのは何故なのでしょうか？ 誘導起電力は仕事はしないのですか？教えてください。

7/1029 7/29 10 交流発電機の原理 電磁誘導の骨格、出題 次の文中の空欄 ①〜13を埋めよ。 ただし①と⑧はイロのどちらかを その他は数式で記入せよ。文中の物理量は MKSA単位系で表す。 }の中から選び、 交流発電機の原理を考えてみよう。 図のように一様な磁界 (磁束密度B) の中に面積Sの 長方形 abcdの一巻きコイルを置き, 磁界に直交する軸のまわりに一定の角速度で回転さ せる。 コイルを貫く磁束のは周期的に変化する。 コイルがabを上にし,その作る面が磁界の 向きに垂直なときに時刻を0とし,かつこのときに磁界が面abcdを貫いている向きを破 束が正となる面の向きとすれば,=)となる。時間⊿tの間における磁束の変化 とするとき、コイルに生じる誘導起電力は, cd a b向きを電流の正の向きと LT, V=1 )/4t=30 であり、コイルの両端 pq に抵抗Rを接続して回路を形成 すると,図の状態で電流は (イ)ab, (ロb→a} の方向に流れる。 コイルの抵抗が無視でき るとすると、このときの電流I )であり,抵抗で消費される電力Pは,P ) となる。 次に回路を流れる電流が磁界から受ける力とコイルの回転に要する仕事を考えよう。 図の ように磁界の向きを方向, 磁界とコイルの回転軸に垂直な方向を方向, 座標原点を回転 軸にとる。 図の状態で,コイルの一部ab (長さ)が磁界から受ける力の大きさは電流Iを用 いて (ロ)下向き}となる。一方,図のコ であり,その方向は方向を{(イ)上向き, イルの回転からaまでの長さをとし, コイルの一部abの位置をx-y座標で表すと (土,日)=(8), }, またその速度は(フェ, by) = (),( たがってコイルの一部 ab が磁界から受ける力にさからって等速回転するために必要な仕事 )} となる。 し は単位時間あたりP=)となる。コイルの一部cdについても上と同様の議論がで またad, bcで受ける力はのまわりの回転運動を生じさせない。したがってコイル全 体で必要な仕事は単位時間あたり 2P' となり, 式を整理すれば電力Pと一致することがわか る。 N 4 d T a R B b B ◎電磁誘導 B ◎電磁誘導 亜(t) 閉曲線 IV ↓ C ~ ・回路程式 の向きを設定 I -(右手系) → の学 Vem (~ファラデー・ノイマンの法則) PR(t) = Pex(t) エネルギー保存 -46-

上の例では上流に進む時負の記号を用いて表しているのに問10では上流に進む時負ではなく正の3.5m/sだったのですがどうゆうことですか？

G 速度の合成 ●直線上の速度の合成 図9のように,船が川の流 TIJK, 下流に向かって進んでいる。 水の流れがないとき(これを静水時という)の 船の速度を [b] [m/s] 流水の速度を v2 [m/s] とすると, 川岸で静止して いる人から見た船の速度 [m/s]は次のように表される。 1001+02 resultant velocity (4) 速度vを,速度vと速度v2の合成速度といい,合成速度を求めるこ とを速度の合成という。上流に向かう場合には,同図⑥のようになる。 01=5m/s v2 = 2m/s 02=2m/s 静水時の速度 正の向き (b 流水の速度 流水の速度 静水時の速度 01=-5m/s 正の向き 川 V₁ V2 v' = vi' + v₂' 01 ひ2 = -5m/s + 2m/s =-3m/s 問11 流水の速さが1.2m に対して垂直な方 時の船の速さを1 ている人から見 速度の分解 (5) る」ということを表 分解するといい ●速度の成分 向のとり方によ 図11のように 方向) に分解す が多い。 この 向きを表す正 速度 の x 川上 15 v = v₁+V2 =5m/s+2m/s =7m/s 図9 川の流れに対して平行に進む船の速度 問10 流水の速さが1.5m/sのまっすぐな川を静水時の速さが 5.0m/s の船が進ん 発展 物理 でいる。下流に向かって進んでいるときと, 上流に向かって進んでいるときの, 川岸で静止している人から見た船の速さ(速度の大きさ)はそれぞれ何m/s か。 ②平面上の速度の合成 図10のよう に,船が川を横切って進む場合を考 10 B 1秒後 C C' 静水時の 川岸に対する 船の速度 船の速度 15 Aにいた船が,船首をBへ向け D=01+02 える。 静水時の船の速度を0] [m/s], 流水の速度を v2 [m/s] とする。 ( シータ 角を 0, 20 by とする 成りたつ Ux= V= また。 2x成

高校物理の問題です。 高さ78.4mのがけから水平方向に9.8m/sの速さで小球を投げ出した。重力加速度の大きさを9.8 m/s² として、次の各門に答えよ。 （1）小球が投げ出されてから、1.0s後の速さはいくらか。 （2）小球が投げ出されてから、海面に達するまでの時間を... 続きを読む

[知識 物理 39. 水平投射 高さ 78.4mのがけから水平方向に 9.8 m/sの速さで小球を投げ出した。 重力加速度の大き さを 9.8m/s2 として、次の各問に答えよ。 mael s (1) 小球が投げ出されてから, 1.0s 後の速さはいく らか。 (2) 小球が投げ出されてから, 海面に達するまでの 時間を求めよ。 (3) 小球が海面に達した位置は,投げ出された地点 の真下の海面の位置から何mはなれているか。

問8を教えてください。

0 15 15 110 例題11 力のつりあい 重さ W = 10N の物体を、図のように2本の軽い糸 A, B でつるし たとき、物体が受ける力がつりあった。 糸A,Bの張力の大きさ Fa FB はいくらか｡ 3 = 1.7 とする。 [解 成分による方法 物体が受ける力F A, FB, W をそれぞれx成分,y成分に分解する。 各成分の力のつりあいの関係より, Note FAX +FBx+0 = 0 Fay + FBy + (W) = 0 FAT = FA FAy = 0 FBr= -- 2 FBy = == //FB W=10N であることより, FA=√3W=17N FB = 2W=20N FA=17N, FB = 20 N つりあう3力は,閉 じた三角形となる。 図のような3つの力 で作った直角三角形 の辺の比でも求める ことができる (付録 参照)。 WI FA 2 30° 問 8 重さ20Nの物体を2本の糸で図のようにつるした。それぞ れの糸の張力の大きさ F1, F2 は何Nか。 √3=1.7 とする｡ ▲図 2 ・3力のつりあい : F+F2+F3=0 ・3力のつりあいの成分表示 x成分: Fit+F2+F3=0y成分 : Fly + F2y+F3y = 0 F3 つりあう3力の成分 B 30° 30° FB FRE 30% FA W -F By O WW A F FA F2 2節力 33

この問題の（き、く）の部分の解決で、何故x軸方向にE/Bで移動する観測者と分かるのですか？ どなたか教えて頂けると助かります

VI. 次の文を読み、下記の設問1・2に答えよ。 解答は解答用紙の所定欄にしるせ 14 2022 年度 物理 電場や磁場の影響を受け, y 図1のように,y 軸方向正の向きに強さE の一様な電場がかかっているとする。 電気量 g (g > 0)の荷電粒子が時刻t = 0 に原点 0 から初速度 0(0) で運動を開始した。 時刻でのこの粒子の位置は (x,y)=(あ, である。 である。 ・図2のように、xy平面に垂直に、紙面の裏から表に向かって, 磁束密度B の一様な 場がかかっているとする｡ 質量 m, 電気量 g (g > 0) の荷電粒子が時刻 t = 0 に隠さ 0から初速度v = (u,0)(v>0) で運動を開始した。 この粒子が運動開始後に 初に y 軸を通過するときの時刻はt= E V y 平面上を運動する荷電粒子を考える。 0 STUSKO 図3のように, y 軸方向正の向きに強さE の一様な電場と, xy平面に垂直に紙面の から表に向かって、 磁束密度B の一様な磁場の両方がかかっているとする。 質量m, t 気量g(g> 0)の荷電粒子が時刻t = 0 に原点Oから初速度 (0,0)で運動 開始した。この粒子の x 軸方向,y 軸方向の速度をそれぞれ ux, vy, 加速度をそれぞ = Q1 Q とすると,運動方程式は 図1 X (x,y)=(0, B [O うで,そのときの座標は え) V い y 図2 B 立教大 0 図3 とな で運 で道 道を Vo 1. 2.

どうして斜面に対して垂直に衝突するとき、速度のX成分が0であればよいのですか？ 理解できないです💦教えて頂けると嬉しいです✨

◆ 44 斜方投射 図のような水平面とのなす角が30°の 斜面上の1点から,小球を斜面の上方に向かって斜面に対 して角度 0 初速度 vo で発射する (0°<0<60°。 重力加 速度の大きさをg とする。 (1) 斜面と衝突するまでの小球の運動で, 発射から時間 t 後の斜面に平行な速度成分 ひx, 斜面に垂直な速度成分 by を Vo, g, 0, t で表せ。 (2) 発射から斜面と衝突するまでの時間 to を vo, g, 0 で表せ。 (3) 発射地点から衝突地点までの斜面にそっての到達距離Rを vo,g, 0 で表せ。 (4) 小球が斜面に対して垂直に衝突するためには, tan の値がいくらであればよいか。 [ 横浜国大改] Vo 0 30°

どうして斜面に対して垂直に衝突するとき、速度のX成分が0であればよいのですか？ 理解できないです💦教えて頂けると嬉しいです✨

◆ 44 斜方投射 図のような水平面とのなす角が30°の 斜面上の1点から,小球を斜面の上方に向かって斜面に対 して角度 0 初速度 vo で発射する (0°<0<60°。 重力加 速度の大きさをg とする。 (1) 斜面と衝突するまでの小球の運動で, 発射から時間 t 後の斜面に平行な速度成分 ひx, 斜面に垂直な速度成分 by を Vo, g, 0, t で表せ。 (2) 発射から斜面と衝突するまでの時間 to を vo, g, 0 で表せ。 (3) 発射地点から衝突地点までの斜面にそっての到達距離Rを vo,g, 0 で表せ。 (4) 小球が斜面に対して垂直に衝突するためには, tan の値がいくらであればよいか。 [ 横浜国大改] Vo 0 30°

問5について ❶W+mgv"sinθ=Pとなるのは何故か ❷mgv"sinθは何を表しているのか 以上のことを教えていただけると嬉しいです🙇‍♀️🙇‍♀️

3 (配点33点) 図1のように,鉛直上向きで磁束密度の大きさがBの一様な磁場中に、2本のなめ らかな導体レール X Y が間隔で平行に置かれている。2本のレールの左側は水平で 同一水平面内にあり、途中から水平面となす角が9となるように傾斜している。 水平 部分の左端には,抵抗値R の抵抗 R, 切り替えスイッチ S,起電力 E の電池Eが接続 されている。 レール間には,長さ抵抗値R, 質量mの金属棒PP' がレールに垂直 に設置されている。 金属棒PP' は, レールと垂直な姿勢を保ったまま, レールから外 れることなくなめらかに動くことができる。 抵抗Rおよび金属棒PP' 以外の電気抵抗 は無視でき,また, 電流が作る磁場の影響も無視できるものとする。 重力加速度の大き さをg として,以下の問に答えよ。 R P [CL] Yt P' R, m B レール Y レール X 図 1 0 切り替えスイッチSをaにつなぎ, レールの水平部分で金属棒PP'に右向きの初速 度v を与えたところ,やがて PP'はレールの傾斜部分に達することなく, 水平部分で 静止した。 -37- 0 問金属棒PP' の速さがひとなったときを考える。このとき、金属棒PP' を P'′ か らPの向きに流れる電流の大きさをIとする。 (1) 金属棒PP' に生じる誘導起電力の大きさを, L, B, ” を用いて表せ。 VBl (2) 抵抗Rと金属棒PP' からなる閉回路について, キルヒホッフの第2法則を表 す式を書け｡ R, I, L, B, v を用いて表せ。 VBl=2RI (3) 金属棒 PP' の運動方程式を書け。 ただし, PP' の加速度は右向きにαとし, a, I, l, B を用いて表せ。 ma = -IBl (4) 加速度αを, m, R, l, B, v を用いて表せ。 VBl VB²l² a = - VBR XBlx m [= 20 2R 2km 問2 金属棒PP' が動き出してから静止するまでの間に, 抵抗 R で発生したジュール 熱を求めよ。 mo² 次に, 切り替えスイッチSをbに接続し, 金属棒PP' をレールの水平部分で静かに 放す。 このとき, 金属棒 PP' は傾斜部分に達する前に一定の速さとなり, その後レー ルから離れることなく傾斜部分を運動するようになった。 問3 金属棒PP' の水平部分での一定の速さを求めよ。 = 問4 傾斜部分を運動し, 金属棒 PP' の速さがvとなったとき, PP' の加速度を求めよ。 ただし, 加速度は斜面に沿って下向きを正の向きとする。 問5 やがて金属棒 PP' は傾斜部分で一定の速さとなる。このときの電池の供給電力 をW, 抵抗 R と 金属棒PP' での消費電力の和をPとする。 一定となった速さを W, P, m, g, 0 を用いて表せ。 -38-

問4で解き方はわかったのですが、自分で置いたvを消去する方法を教えてください。

22 2022年度 物理 物理 (1科目: 60分 2科目 : 120分) Ⅰ 図1のようになめらかな水平面上で質量mの小球Aと質量mの小球Bが 同じ速さでx軸からの角度45°で進み、座標の原点で衝突した。衝突後,小球 A は角度の向きに速さで進み、小球Bは角度0g の向きに速さひBで進んだ。 ただし、0はx軸から反時計回りを正とし, 0g は x軸から時計回りを正とする。 また、小球Aと小球Bが衝突するとき互いに受ける力はy軸方向であった。以下 の間1~4に答えなさい。なお,問3と問4は、解答の導出過程も示しなさい。問 題の解答に必要な物理量があれば、それらを表す記号は全て各自が定義して解答欄 に明示しなさい。 (配点25点) 問1 衝突前の二つの小球の運動量の和のx成分とy成分を含む式で答えな さい。また、衝突後の二つの小球の運動量の和のx成分と成分を角度0A, 0g を含む式で答えなさい｡ 2 衝突後の二つの小球の運動量の和のx成分と成分をvo を用いて答えなさ い｡ 3 この衝突が完全弾性衝突である場合に, tan by を ma.mB のみを含む式で表 しなさい｡ 問4 次に、小球Aと小球Bが完全非弾性衝突により一体となった場合を考え る。この場合,小球Aと小球Bの運動エネルギーの和が, 衝突の前後でどれ だけ変化するか, m, MB, Vo のみを含む式で表しなさい。 II #1 問 小球 A Vo Vo 小球 B 電場の向きがわかる 45° 45° 小球 A 図 1 Or 0B 小球 B UA VB 】1~5に答 2022年度 物理 23 さい。 なお、 問3~5 あれば、 を を含 また,図中に

なぜ図の赤矢印が力積になるのですか？

■33 運動量と力積■ ピッチャーが投げた質量 0.15kg の ボールをバッターがセンター方向 (正面) へ打ちかえした。こ のとき, 30m/sの速さで水平に飛んできたボールを仰角 60°の 方向に 30m/sの速さで打ちかえしたものとする。 1) バットがボールに加えた力積Iの大きさはいくらか。 30m/s 30m/s 60% $10A (1) THAO